一种四工序木工开料机及驱动控制方法与流程

本发明实施例涉及开料机技术领域，具体涉及一种四工序木工开料机及驱动控制方法。

背景技术：

板式家具开料机现已逐渐成为家具行业宠儿，在数控开料设备中有一配件是不可缺少的，那就是变频器，变频器通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电机电力的控制设备。

开料机驱动电机要驱动机器完成下料、开槽、打孔等大负载，大功耗动作，如若电机采用“硬启动”直接对负载进行做功，会对电网造成严重的冲击，而且这样启动对家具厂电网容量要求也是非常的高，对设备和管路也极其不利，另外电动机启动时电流会比额定电流值高5-6倍不仅会消耗掉大量电能还会电机使用寿命有影响；通过变频器启动可以对电机进行“软启动”，既启动电流从“0”开始，最大值也不会超过额定电流，采用变频器传动可以“曲线式”平滑启动，当逆变电流负载侧短路或输出电流超出正常值时，可瞬间切断电流，秒级断电防止烧坏电机。

现有的四工序木工开料机配置四个高速电主轴，四个电主轴根据不同工艺要求进行选择，要求选择的工位要求2秒内快速启动以响应设备的高效加工，现有技术是用二个变频器通过二拖四转换板卡再通过8个交流接触器对四个电主轴进行驱动，主要存在的问题：一，设备厂家安装时，要装8个接触器，加上互锁线路，工时消耗大，对电工技术要求高，相对比较占用空间，二，只有两个变频器，切换四个工位时需要通过二拖四转换卡，在切换时，至少需要1秒及以上的时间间隔，以防止电力冲突，发生危险，相对切换效率不高，这就直接影响开料机的加工效率。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种四工序木工开料机及驱动控制方法，四合一智能驱动器集合在一起放置在一个控制盒内部，节省了装机空间和工时，电机反应速度快，切换工位效率高，且四合一智能驱动器共同连接有公共直流母线和plc控制系统，便于变频机的集中控制，高了工件工序的转换效率，有效降低了电机制动时的电流的危害，安全性更高，节省了清洁木屑的操作和时间，加工效率更高，以解决现有技术中电路复杂、开料效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种四工序木工开料机，包括通过平面位移机构安装在开料机机架的顶端的四个开料装置，所述开料装置包括升降油缸，所述升降油缸底端连接有开料电机，所述开料电机底端通过转轴连接有刀具，四个开料电机分别连接有四合一智能驱动器；

四合一智能驱动器的四个变频器共同连接有公共直流母线，所述公共直流母线通过母线控制系统连接有plc控制系统，所述平面位移机构通过位移控制器与plc控制系统连接，所述开料装置的底端设有自动输送装置。

本发明实施例的特征还在于，所述母线控制系统包括整流单元和逆变单元，所述整流单元与逆变单元连接，所述逆变单元通过接触器与变频器连接，所述接触器与plc控制系统连接，四合一智能驱动器共同串联有制动电阻。

本发明实施例的特征还在于，所述变频器通过控制盒安装在机架上，所述控制盒顶端安装有触控屏，所述触控屏顶端设有保护翻盖，所述触控屏内设有控制面板，所述控制面板与plc控制系统连接。

本发明实施例的特征还在于，所述自动输送装置包括安装在机架中部的若干输送辊，所述送辊通过传动机构连接有输送电机，相邻两根所述的输送辊之间设有夹移装置。

本发明实施例的特征还在于，所述夹移装置包括设在机架底端的滑轨，所述滑轨顶面左端安装有第一油缸，所述第一油缸连接有与滑轨相匹配的滑块，所述滑块顶端通过支架安装有双向丝杆，所述双向丝杆的两端均套设有水平轨和丝母，所述双向丝杆的中部外侧套设有套环，所述双向丝杆的一端连接有减速电机，所述水平轨内插设有夹块，所述丝母安装在夹块的内部。

本发明实施例的特征还在于，所述自动输送装置的左端和右端均设有推移装置，所述推移装置包括安装在机架右端的竖直油缸，所述竖直油缸顶端连接有横轨，所述横轨一端安装有第二油缸，所述第二油缸连接有与横轨相匹配的滑动推块。

另外，本发明还提供了一种四工序木工开料机的驱动控制方法，包括如下步骤：

s100、根据工件的加工顺序和要求，在plc控制系统内写入相应的开料装置的运动程序；

s200、将工件放置在输送辊上，启动电源，plc控制系统向减速电机控制器发布指令使夹移装置夹紧工件；

s300、plc控制系统根据程序指令依次向四个工位上的位移控制器、升降油缸控制器和开料电机控制器发布命令，使四个开料装置依次对工件进行开料加工；

s400、plc控制系统向输送电机控制器发布指令，输送辊将加工好的工件输送走，再将未加工的工件输送到指定位置并夹紧。

本发明实施例的特征还在于，在s300中，还包括plc控制系统对工件位置的控制，包括如下步骤：

s301、在开料装置暂停开料的一段时间内，plc控制系统向工件位移控制装置发布指令，使工件前后位移或左右位移，以调整工件准确的加工位置；

s302、plc控制系统向四个工位上的开料装置发布指令，其中一个或多个开料装置对工件进行开料，一个工序完成后，plc控制系统继续发布指令调整工件的位置，位置固定后下一个工位的开料装置继续对工件进行开料。

本发明实施例具有如下优点：

(1)将四合一智能驱动器集合在一起放置在一个控制盒内部，节省了装机空间和工时，四合一智能驱动器分别控制四个开料电机，控制更加精准，电机反应速度更快，切换工位效率高，且四合一智能驱动器的四个变频器共同连接有公共直流母线和plc控制系统，便于变频机的集中控制，在工位切换时，两个工位上的两个电机的反电能抵消可在直流母线上被抵消，提高了工件工序的转换效率，有效降低了电机制动时的电流的危害，安全性更高，提高了变频器和开料电机的使用寿命。

(2)采用输送辊输送木质工料，在开料过程中，产生的木屑直接从输送辊之间缝隙掉落，节省了清洁木屑的操作和时间，提高了工件整洁度和工件转移效率，夹移装置能夹紧工件并带着工件前后位移，而推移装置能带着工件在输送辊上左右位移，工件能到达准确的加工位置，保证了加工质量。另外，由于工件和开料装置均可位移，因此开料装置可加工的面积更广，工件和开料装置两个配合加工，加工效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明开料机整体示意图；

图2为本发明的变频器的电路连接图；

图3为本发明的变频器连接的电路框图；

图4为本发明夹移装置结构示意图；

图5为本发明开料方法流程图。

图中：

1-开料装置；2-平面位移机构；3-变频器；4-公共直流母线；5-母线控制系统；6-plc控制系统；7-自动输送装置；8-夹移装置；9-推移装置；10-位移控制器；

11-升降油缸；12-开料电机；13-刀具；

31-控制盒；32-触控屏；33-保护翻盖；

51-整流单元；52-逆变单元；53-接触器；54-制动电阻；

71-输送辊；72-传动机构；73-输送电机；

81-滑轨；82-第一油缸；83-滑块；84-减速电机；85-双向丝杆；86-水平轨；87-丝母；88-套环；89-夹块；

91-竖直油缸；92-横轨；93-第二油缸；94-滑动推块。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1和图2所示，本发明提供了一种四工序木工开料机，包括通过平面位移机构2安装在开料机机架的顶端的四个开料装置1，平面位移机构可由轨道和悬块组成，悬块在轨道内滑动，悬块承受开料装置1的重力，并带动开料装置1在水平面内滑动，从而使开料装置1在工件上准确的位置进行开料。开料装置1包括升降油缸11，升降油缸11底端连接有开料电机12，开料电机12底端通过转轴连接有刀具13，升降油缸11下降的时候使刀具13接近工件，开料电机12启动后刀具13高速旋转对工件进行打孔。

如图2和图3所示，四个开料电机12分别连接有四合一智能驱动器3，四合一智能驱动器3的四个变频器共同连接有公共直流母线4，公共直流母线4通过母线控制系统5连接有plc控制系统6，平面位移机构2通过位移控制器10与plc控制系统6连接，开料装置1的底端设有自动输送装置7。

母线控制系统5包括整流单元51和逆变单元52，整流单元51与逆变单元52连接，逆变单元52通过接触器53与变频器3连接，接触器53与plc控制系统6连接，接触器53数量为4个，分别控制四合一智能驱动器3的通断，接触器53利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制变频器3开启和关闭的作用，其还具有低电压释放的保护作用。

四合一智能驱动器3共同串联有制动电阻54。制动电阻54将开料电机12因快速制动而产生的再生电能的一部分转化为热能，从而避免了电流对电机和变频器3的伤害，提高了设备使用寿命。

整流单元51将交流电源转换为电压稳定的直流电源，因此整流单元51与交流电源线相连接，整流单元51由两个反并联晶闸管桥组成，可在输入端电网和逆变器中间回路之间整流和回馈，使电压在规定范围内保持恒定，从而保护了电机。逆变单元52把整流单元51输送过来的电压稳定的直流电源转化为电压、频率可调的交流电源，从而使变频器3的变频速度更快，开料电机12的调速更加平滑。

优选的是，公共直流母线4不仅节省了接触器的数量和互锁线路的安装，节约了空间，且公共直流母线4还能提高变频器3调速的精度，同时能将系统在制动过程中产生的再生能源回收和利用起来，从而节省了电能，更加环保。在两个工位相互切换时，其中一个开料电机12制动、另一个开料电机12启动，电机制动的反电能通过公共直流母线4与电机启动的正电能相互接触而抵消，避免了反电能对电机的损害，从而减去了防止电力冲突而设置的切换延迟，大大提高了工件的工序切换效率。

变频器3通过控制盒31安装在机架上，公共直流母线4可通过电线套或线路板安装在控制盒31的内部，控制盒31顶端安装有触控屏32，触控屏32顶端设有保护翻盖33，保护翻盖33铰接在控制盒31的顶端，在不使用触控屏32的时候，将保护翻盖33盖在触控屏32的顶端，可以起到防灰尘、防撞击的作用，提高触控屏32的使用寿命，在使用触控屏32的时候，打开保护翻盖33即可。

触控屏32内设有控制面板，控制面板与plc控制系统6连接，plc控制系统6内保存有多种程序，以适用于多种工件的不同加工步骤。而控制面板上具有选择plc控制系统6内部程序的权利，从而在加工某个工件的时候，使plc控制系统6在合适的时间内运行准确的程序，从而使开料装置1和输送装置均进行准确的加工步骤和动作，保证了开料质量。

电源、公共直流母线4、plc控制系统6、变频器3和开料电机12依次电性连接组成一个针对开料电机12的电力控制回路。公共直流母线4通过自身的控制系统先将民用交流电转化为电压稳定的直流电源，避免了民用交流电波动大而对电力设备造成的危害，然后再通过逆变单元52将稳定的直流电源转化为频率可调的交流电源并输送给四合一智能驱动器3，使变频器3调频更顺滑，四合一智能驱动器3在plc控制系统6的程序命令控制下依次对开料电机12进行调速控制，从而使开料电机12按工序加工工件上的每一个孔或槽，直至完成整个工件的加工。

优选的是，采用公共直流母线技术将四合一智能驱动器3、公共直流母线4和plc控制系统6连接起来组成对电机的控制电路，极大地节省了线路，将电流调整地更加适合变频器3使用，提高了变频器3和电机的寿命。四合一智能驱动器3和控制面板共同集成装在一个控制盒31，便于管理和检修，接线方便，有效降低了装机工时和成本，变频器3反应迅速，工件的切换工位更及时，大大提高了工位切换效率，从而提高了工件的开料效率。

自动输送装置7包括安装在机架中部的若干输送辊71，若干输送辊71相互平行，相邻两个输送辊71之间距离相等，送辊71通过传动机构72连接有输送电机73，传动机构72为皮带-皮带轮式传动，降低了磨损和噪音，且可远距离传动，避免使输送辊71的驱动与夹移装置8之间互不干扰。相邻两根的输送辊71之间设有夹移装置8，每个输送辊71与相邻的双向丝杆85之间距离均相等，支撑工件受力更均衡，加工工件更稳定。

输送辊71与相邻的双向丝杆85之间的距离为5-10cm，刀具13在旋转开料的时候，不会接触到输送辊71或双向丝杆85，而是位于输送辊71和双向丝杆85之间，降低了刀具13的磨损。且开料后的木屑自动从输送辊71与双向丝杆85之间的缝隙掉落，在输送辊71的底端可设置接木屑箱，从而节省了开料后清洁开料台的步骤，节省了工时和电能，提高了整洁度，缩减了不同工件开料之间的时间间隔，从而提高了开料效率。

如图4所示，夹移装置8包括设在机架底端的滑轨81，滑轨81顶面左端安装有第一油缸82，第一油缸82连接有与滑轨81相匹配的滑块83，滑块83顶端通过支架安装有双向丝杆85，双向丝杆85的两端均套设有水平轨86和丝母87，双向丝杆85的一端连接有减速电机84，水平轨86内插设有夹块89，水平轨86和减速电机84均固定在支架上，夹块89的端剖面呈“u”形，夹紧木板或木质工件更稳定。丝母87安装在夹块89的内部。

双向丝杆85的中部外侧套设有套环88，套环88的顶面高度位置比输送辊71的顶面高度低1-2mm，且套环88一般不接触工件底面，因此套环88不会由于摩擦力而跟随双向丝杆85转动，从而在工件夹紧过程中也不会使工件的位置改变。套环88能防止工件与丝杆接触，也避免了开料木屑污染丝杆，保护丝杆不受干扰和损坏。

双向丝杆85带动两个夹块89夹紧工件的原理为：双向丝杆85的左部和右部分别设有两个旋向不同的螺纹槽，u形u块89在水平轨86的限位下只能左右滑动，因此双向丝杆85旋转的时候，两个丝母87不旋转而在双向丝杆85上左右滑动，从而带动夹块89左右滑动，因为两个螺纹槽关于双向丝杆85的中心对称，因此，两个丝母87和两个夹块89在丝杆上也是相对滑动，即两个夹块89相互靠近而夹紧工件或相互原理而松开工件。

如图1和图4所示，自动输送装置7的左端和右端均设有推移装置9，推移装置9包括安装在机架右端的竖直油缸91，竖直油缸91顶端连接有横轨92，横轨92一端安装有第二油缸93，第二油缸93连接有与横轨92相匹配的滑动推块94。滑动推块94的运动方向与输送辊71输送工件的方向相同或相反。

夹移装置8和推移装置9的工作步骤为：输送辊71将工件输送到指定位置后，减速电机84启动，双向丝杆85旋柱使夹块89夹紧工件的两侧，其中一个开料装置1开始对工件进行开料。在需要改变工件的纵向位置时，夹块夹紧工件不放松，第一油缸82启动使滑块83带着夹块和工件在水平面内纵向移动，从而使工件位于开料装置1易于加工的位置，从而提高加工效率和加工精准度。如需改变工件横向位置，使夹块89松开工件，然后竖直油缸91和第二油缸93依次启动，使推动滑块94推着工件向左或向右位移，工件到达指定位置后，夹块89再次夹紧工件，开料装置1开始对工件进行开料加工。

补充说明的是，将自动输送装置7、夹移装置8和推移装置9的控制装置均称为工件位移控制装置，工件位移控制装置与plc控制系统6相连接，从而接收plc的命令而使工件位移。

优选的是，夹移装置8能夹紧工件并带着工件前后位移，而推移装置9能带着工件在输送辊71上左右位移，从而使工件加工更稳定，工件能到达准确的加工位置，保证了加工质量。另外，由于工件和开料装置1均可位移，因此开料装置1可加工的面积更广，工件和装置两个配合加工，加工效率更高。

如图5所示，本发明还提供了一种四工序木工开料机的驱动控制方法，包括如下步骤：

步骤100、根据工件的加工顺序和要求，在plc控制系统内写入相应的开料装置的运动程序；

步骤200、将工件放置在输送辊上，启动电源，plc控制系统向减速电机控制器发布指令使夹移装置夹紧工件；

步骤300、plc控制系统根据程序指令依次向四个工位上的位移控制器、升降油缸控制器和开料电机控制器发布命令，使四个开料装置依次对工件进行开料加工，还plc控制系统对工件位置的控制，包括如下步骤：

步骤301、在开料装置暂停开料的一段时间内，plc控制系统向工件位移控制装置发布指令，使工件前后位移或左右位移，以调整工件准确的加工位置；

步骤302、plc控制系统向四个工位上的开料装置发布指令，其中一个或多个开料装置对工件进行开料，一个工序完成后，plc控制系统继续发布指令调整工件的位置，位置固定后下一个工位的开料装置继续对工件进行开料。

步骤400、plc控制系统向输送电机控制器发布指令，输送辊将加工好的工件输送走，再将未加工的工件输送到指定位置并夹紧。

优选的是，通过plc控制系统控制四个工位上的开料装置按顺序对工件进行加工，加工工序不会紊乱，且plc控制系统还能控制工件位移到准确的位置使开料装置能更快、更准确地对工件上的角度位置进行开料加工，提高了加工效率，也提升了工件开料范围，实用性更广。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。